La vasculatura de la retina presenta características especiales ya que es
fundamental que los vasos no interfieran el paso de la luz, que debe atravesar
la retina para llegar a los fotoreceptores. El pequeño calibre de los capilares
retinianos, junto con los elevados requerimientos metabólicos, hace que la
regulación del flujo sanguíneo sea fundamental para el correcto mantenimiento
de la homeostasis de la retina. La vasculatura retiniana no presenta inervación,
por lo que la influencia de estimulación por parte del sistema nervioso
autónomo queda excluida. Además, la barrera hematorretiniana aísla a la retina
del efecto tanto de hormonas circulantes como de neurotransmisores. Por lo
tanto, la función de la vasculatura retiniana debe efectuarse a través
mecanismos locales de regulación del flujo.
Los anillos arteriolares son estructuras singulares que aparecen en las
ramificaciones laterales de las arteriolas de la retina. Dichas estructuras fueron
definidas a mediados del siglo pasado por la presencia de acúmulos de
material PAS positivo junto con un aumento de la celularidad. Estudios
recientes, evidencian, además, la expresión especifica de ciertos genes en
dichas ramificaciones. De todos modos, la mayoría de los estudios que versan sobre el anillo arteriolar son antiguos e incompletos. Por lo tanto, tanto la
estructura como la función de los anillos aun deben ser elucidadas.
Nuestros resultados han confirmado la presencia los anillos arteriolares
en la retina del ratón, en la que aparecen como una estructura cónica e
hipercelular de material intensamente teñido mediante PAS. La unión
especifica de lectinas, junto con la digestión con amilasa salivar, han
determinado que esta tinción especifica con PAS se debe a un incremento del
contenido en glucógeno en la células que forman el anillo arteriolar.
El profundo análisis morfológico del anillo arteriolar evidenció tres
componentes distintos en su estructura: las células endoteliales, las células
intersticiales (ICs) y las células musculares lisas. Cada uno de estos
componentes presentó un fenotipo estructural y molecular distintivo. De este
modo, las células endoteliales mostraron una disminución de la expresión de
CD31, junto con un incremento en las expresiones tanto de NADPH diaforasa
como del factor de von Willebrand (vWF). Por lo tanto, estos resultados
sugieren que las células endoteliales del anillo arteriolar son capaces de inducir
vasodilatación así como de mantener un ambiente antitrombótico. En el anillo
arteriolar, las células musculares lisas presentaron un cambio en la orientación
para abrazar el origen de la arteriola colateral. Esta disposición particular
podría indicar una actividad de tipo esfínter mediante un abultamiento de las
células del anillo hacia el interior de la luz vascular. Además, el análisis
ultraestructural evidenció la existencia de uniones de tipo peg-and-socket entre
las células musculares lisas del anillo arteriolar. Este resultado sugiere una
contracción del anillo arteriolar coordinada mediante tracción. Asimismo, el incremento de expresión de los principales componentes de la membrana
basal, colágeno IV, laminina y fibronectina, evidenció un posible refuerzo de
esta. Del mismo modo, una disminución en la colocalización entre colágeno IV
y laminina sugiere un cambio en la organización de la membrana basal en el
anillo arterial.
Las ICs se describen como una nueva población celular en el anillo
arteriolar. La morfológía de estas células concordó completamente con el
“estándar de oro” de características ultraestructurales establecido para la
identificación de las células intersticiales de Cajal. Más aun, las presuntas
células intersticiales de Cajal encontradas en el anillo expresaron marcadores
específicos de éstas tales como Ano1 y CD44, pese a que la expresión de c-kit
nunca se observó. El patrón diferencial en la distribución de los filamentos de
F-actina, junto con el incremento en la expresión de -actina y la falta de -
SMA, permitieron diferenciar de forma más evidente las ICs de las células
musculares lisas en el anillo arteriolar.
Los estudios funcionales han sugerido que las ICs del anillo arteriolar
llevan a cabo funciones de actividad marcapasos, neuromodulación y
mecanotransducción.
La alteración del flujo sanguíneo es un evento temprano en
enfermedades de la retina como la retinopatía diabética y la retinopatía
hipertensa, las mayores causas de ceguera y déficit visual en el mundo. Por lo
tanto, la función del anillo arteriolar, así como sus alteraciones durante la retinopatía, pueden ser de interés para el discernimiento de la patofisiología de
las retinopatías vasculares.
El análisis de los anillos arteriolares en un modelo de diabetes tipo 2 (el
ratón db/db) evidenció una alteración en el almacenamiento de glucógeno en
las ICs del anillo arteriolar. Además, los estudios en un modelo de hipertensión
(el ratón transgénico KAP) mostraron un decremento en la expresión de Ano1
en las ICs durante la retinopatía hipertensa, sugierendo una pérdida de función
de los canales de cloro activados por calcio. Por lo tanto, las alteraciones
observadas en las ICs podrían producir una pérdida de funcionalidad del anillo
arteriolar que conduciría a una alteración en la regulación del flujo sanguíneo
durante la retinopatía.
Los anillos arteriolares también se han encontrado en la retina humana.
Estudios preliminares sugieren que, del mismo modo que ocurre en el ratón,
estas estructuras se alteran durante la retinopatía.
En conjunto, los resultados obtenidos sugieren que el anillo arteriolar
está dotado de características moleculares, estructurales y funcionales que le
confieren un papel clave en la regulación del flujo sanguíneo tanto en
condiciones fisiológicas como durante la retinopatía. / Retinal vasculature shows special characteristics in order to minimize the
interference with the light path, which passes through the entire retina to reach
the external segment of photoreceptors. The small size and sparse distribution
of retinal capillaries, together with the high metabolic demand, makes retinal
homeostasis highly dependent on blood flow regulation. Retinal blood vessels
are not innervated. Thereby, the influence of autonomic nerve stimulation can
be excluded. In addition, blood-retinal barrier isolates the retina from the effect
of circulating hormones and neurotransmitters. Thus, for its function retinal
vasculature must be controlled through finely tuned local regulatory blood flow
mechanisms.
Arteriolar annuli are singular structures occurring at side-arm branching
sites of retinal arterioles. These structures were defined in the mid last century
by the presence of increased PAS-positive material and increased cellularity.
Moreover, a recent study has evidenced the specific expression of certain
genes at the arteriolar branching points. However, most of the studies dealing
with arteriolar annuli are out of date and incomplete. Thus, both structure and
function remain to be elucidated. Our results have confirmed the presence of arteriolar annuli in mouse
retina, appearing as a conical hypercellular structure of intensely PAS stained
material. Lectin specific binding and salivary amylase digestion have
determined that specific PAS stain is mainly due to increased glycogen content
in cells forming the arteriolar annuli.
Detailed morphological analyses of arteriolar annuli have evidenced
three different components: endothelial, intersticial (ICs) and smooth muscle
cells, showing a distinctive structural and molecular phenotype. In this regard
endothelial cells show decreased expression of CD31, together with enhanced
NADPH diaphorase and von Willebrand factor (vWF) expression. Thus,
suggesting that annuli endothelial cells are able to induce vasodilatation and to
maintain an antithrombotic milieu. Smooth muscle cells in the annuli appeared
reoriented embracing the origin of the collateral arteriole. This particular
disposition could indicate a sphincter-like activity by bulging annuli cells to the
arteriolar lumen. In addition, ultrastuctural analysis evidenced the existence of
peg-and-socket junctions between smooth muscle cells of arteriolar annuli. This
result suggests a stretch-coordinated annuli contraction. Furthermore, a
possible reinforcement of basement membrane was evidenced by increased
expression of its main components, including collagen IV, laminin and
fibronectin. A diminished colocalization of collagen IV and laminin, suggest a
change in the organization of basement membrane in arteriolar annuli.
ICs have been described as a new cell population in the arteriolar annuli.
These cells showed features matching the “gold standard” ultrastructural
features established for the intestinal Interstitial Cajal cells identification. In addition, annuli presuntive Interstitial Cajal cells expressed specific markers of
these cells, such as Ano1 and CD44, although c-kit expression could not be
observed. A distinctive pattern of distribution of F-actin filaments, together with
an increased expression of -actin and a lack of -SMA allowed further
differentiation between annuli ICs and vascular smooth muscle cells. Functional
studies suggest that annuli ICs perform functions of: pacemarker activity,
neuromodulation and mechanotransduction.
Blood flow alteration is an early event in retinal diseases, such as
diabetic and hypertensive retinopathies, which are the two major causes of
blindness and visual impairment worldwide. Thus, the function of arterial annuli
and their alterations during retinopathy could be of interest in order to
understand the physiopathology of vascular retinopathy.
The analyisis of arteriolar annuli in model of diabetes type II (db/db mice)
evidenced impaired glycogen storage in annuli ICs. In addition, the studies in a
model of hypertension (KAP transgenic mice) evidenced a decreased
expression of Ano1 in annuli ICs during hypertensive retinopathy, suggesting a
loss of function of calcium-activated chloride channels. Thus, alterations
observed in the retinal ICs could induce an impaired function of arteriolar annuli
driving to dysregulation of blood flow during retinopathy.
Moreover, arterial annuli are present in man retina. Preliminary results,
as happens in mice, may suggest its alteration during retinopathy
Taken together, obtained results suggest that arteriolar annuli are
endowed with specific molecular, structural and functional characteristics which allow playing a key role in the retinal blood flow regulation in health and during
retinopathy.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/130773 |
| Date | 31 January 2014 |
| Creators | Ramos Gonzalez, David |
| Contributors | Ruberte París, Jesús, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 253 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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